комплекс для подводной добычи полезного ископаемого

Формула изобретения

1. Комплекс для подводной добычи полезных ископаемых, включающий плавучее базовое судно с грузоподъемными лебедками и тяговыми органами, подводное устройство для перегрузки полезного ископаемого и размещенное под погрузкой рудоподъемное средство, агрегат для сбора полезного ископаемого на морском дне, отличающийся тем, что агрегат для сбора полезного ископаемого выполнен скреперной установкой, привод, грузовой, холостой барабан которой смонтирован на платформе с возможностью поворота в горизонтальной плоскости над бункером перегрузки полезного ископаемого, а рабочий блок скреперной установки смонтирован на самоходном шасси, причем бункер для перегрузки полезного ископаемого выполнен на раме с якорями для фиксации на морском дне, а рама связана с грузоподъемными лебедками плавучего базового судна якорными цепями-тросами, а якорные цепи используют в качестве направляющих для перемещения грузоподъемных средств-ковшей, смонтированных на тяговых цепях, а бункер снабжен дозатором и устройством для загрузки ковшей в виде горизонтально установленного барабана с направляющими для тяговых цепей и ковшей, а загрузочная часть его размещена в желобе дозатора.

2. Комплекс для подводной добычи полезных ископаемых по п.1, отличающийся тем, что агрегат для сбора полезных ископаемых снабжен дополнительным самоходным шасси с бульдозерным ножом-рыхлителем, а для спуска-подъема дополнительного шасси плавучее судно снабжено дополнительной грузоподъемной лебедкой, размещенной на носовой части судна, с якорной цепью, заканчивающееся клетью для размещения дополнительного самоходного шасси, и клеть выполнены с якорями для фиксации на морском дне.

3. Комплекс для подводной добычи полезных ископаемых по п.1 или 2, отличающийся тем, что ходовая часть самоходного шасси выполнена двумя параллельно расположенными цилиндрическими шнековыми опорами-движителями с индивидуальными приводами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для добычи полезного ископаемого с морского дна.

Известно устройство для добычи минерального сырья на морском дне (см., например, а. с. N 1146452 E 21 C 45/00), содержащее раму с установленным на ней бункером-накопителем, элеватором и рабочим органом, включающим две собирательные ветви, установленные под углом к продольной оси устройства, причем каждая рабочая ветвь рабочего органа выполнена в виде трубчатого коллектора с гидромониторными насадками, при этом продольные оси гидромониторных насадок расположены по касательной к трубчатому коллектору, а сами насадки установлены с возможностью перемещения в вертикальной плоскости. Кроме того, гидромониторные насадки расположены с уменьшением внутреннего диаметра от элеватора к периферии трубчатого коллектора.

Недостатком известного технического решения является ограниченные возможности использования только для полезных ископаемых и месторождений, в которых возможно использование гидромониторной добычи, а также большие потери.

Кроме того, известно устройство для разработки подводных формаций (см., например, патент России N 2017969 E 21 C 45/00), включающий плавсредство с размещением на нем рабочего агрегата с колесными модулями, с гидродвигателями, причем гидродвигатели выполнены с водометательными движителями, которые расположены на колесных модулях, а продольные оси обеих колесных пар водометного двигателя расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях и под прямым углом в плане.

Недостатком известного технического решения является ограниченные возможности по добыче полезного ископаемого, что увеличивает трудоемкость добычи.

Наиболее близким по технической сущности является комплекс для подводной добычи полезных ископаемых (см., например, патент России N 2001276 E 21 C 50/00), содержащий агрегат сбора, плавающее базовое средство с подъемными лебедками и тросами, подводное устройство для размещения под загрузку контейнеров, соединенное с агрегатом сбора межагрегатным транспортом и контейнером с люками для загрузки полезного ископаемого. Причем устройство для размещения под загрузку контейнеров повешено на одном из тросов и выполнено из корпуса, на стенках которого размещены входные и выходные направляющие для контейнеров. На входных и выходных направляющих расположены упоры, соединенные между собой посредством рычажного механизма. Контейнеры выполнены с поводками, охватывающими трос, на котором подвешено устройство для размещения под загрузку контейнеров с узлами перецепки контейнеров гидродинамическими рулями, выступами, предназначенными для взаимодействия с входными и выходными направляющими и узлами перецепки контейнеров. В верхней части корпуса расположен узел раскрытия поводков и винтовая направляющая. Кроме того, узел перецепки контейнеров выполнен в виде двух шарнирно соединенных штанг, содержащих механизм отцепки и отстыковки устройства на концах штанг, причем одна из штанг прикреплена к корпусу контейнера посредством раскрывающегося фиксатора, а каждый контейнер выполнен с закрепленными узлами защемления в виде поворотной серьги с приемным конусом, зацепкой и пружиной поворота.

Недостатком известного технического решения является сложность конструкции, требовательность к рельефу дна, ограниченная производительность, что приводит к большим потерям полезного ископаемого.

Задачей предполагаемого технического решения является упрощение конструкции устройства для добычи полезного ископаемого, возможность дистанционного управления всеми операциями по сбору полезного ископаемого и выдачи на базовое судно, увеличение производительности и сокращение потерь.

Поставленная задача решается следующим образом.

Комплекс для подводной добычи полезного ископаемого, включает плавучее судно (плавсредство) с грузоподъемными лебедками и тяговыми органами, подводное устройство для перегрузки полезного ископаемого и размещения рудоподъемных средств, агрегат для сбора полезного ископаемого на морском дне. Для решения поставленной задачи агрегат для сбора полезного ископаемого на морском дне выполнен скреперной установкой, привод, грузовой, хвостовой барабаны которой смонтированы на платформе с возможностью поворота в горизонтальной плоскости над бункером перегрузки полезного ископаемого. Рабочий блок скреперной установки смонтирован на самоходном шасси. Бункер для перегрузки полезного ископаемого выполнен на раме с якорями для фиксации на морском дне, а рама связана с грузоподъемными лебедками плавучего базового судна якорными цепями (тросами). Якорные цепи используют в качестве направляющих для перемещения рудоподъемных средств-ковшей, смонтированных на бесконечных тяговых цепях. Бункер снабжен дозатором и устройством для загрузки ковшей в виде горизонтально установленного барабана с направляющими для тяговых цепей и ковшей, а загрузочная часть барабана помещена в желобе дозатора.

Кроме того, агрегат для сбора полезного ископаемого снабжен дополнительным самоходным шасси с бульдозером-рыхлителем, а для спуска-подъема дополнительного шасси плавучее судно снабжено дополнительной грузоподъемной лебедкой, размещенной на носовой части судна, с якорной цепью, заканчивающейся клетью для размещения дополнительного самоходного шасси. Клеть выполнена с якорями для фиксации на морском дне. Кроме того, ходовая часть самоходного шасси выполнена двумя параллельно расположенными цилиндрическими шнековыми опорами-движителями с индивидуальными приводами.

Существенными отличиями предлагаемого технического решения являются:

- Агрегат для сбора полезного ископаемого на морском дне выполнен скреперной установкой, привод, грузовой, хвостовой барабаны которой смонтированы на платформе с возможностью поворота в горизонтальной плоскости над бункером перегрузки полезного ископаемого, а рабочий блок скреперной установки смонтирован на самоходном шасси.

Данное решение обеспечивает сбор полезного ископаемого на большой площади. Размещение рабочего блока на самоходном шасси, монтаж привода с барабанами на поворотной платформе позволяют дистанционно разворачивать трассу работы скреперной установки вокруг неподвижно заякоренного бункера. При работе скрепером собирается раздробленный и разрушенный материал россыпного месторождения и грузится в бункер. Причем скреперная установка обеспечивает высокопроизводительную работу при длине скрепирования до 50 м, что позволяет вести добычу лентой шириной около 100 м. Для обеспечения работы такой широкой ленты на морском дне используется самоходное шасси на перемещении и закреплении рабочего блока. Управление движением самоходного шасси осуществляется с борта базового судна дистанционно. Дистанционное управление скреперной лебедкой установки по развороту трассы скреперования и процесса скреперования снижает непроизводительные затраты и обеспечивает большую производительность при отработке россыпного месторождения большой площади на морском дне.

- Бункер для перегрузки полезного ископаемого выполнен на раме с якорями для фиксации на морском дне, а рама связана с грузоподъемными лебедками плавучего базового судна якорными цепями (тросами), а якорные цепи используют в качестве направляющих для перемещения рудоподъемных средств-ковшей, смонтированных на бесконечных тяговых цепях.

Данное техническое решение обеспечивает закрепление базового судна над фиксированной точкой россыпного месторождения посредством якорных цепей. А в качестве якоря используется рама с бункером для перегрузки полезного ископаемого. Собираемое полезное ископаемое с большой площади морского дна сосредотачивается в одной точке - стационарном бункере, что в последующем упрощает механизацию подъема полезного ископаемого.

- Якорные цепи (троса) используют в качестве направляющих для перемещения рудоподъемных средств.

В качестве рудоподъемного средства использована многоковшовая рудоподъемная установка с ковшами, смонтированными на бесконечной тяговой цепи. И для того, чтобы ветви тяговых цепей не перекручивались, ковши снабжены направляющими, перемещаемыми по якорным цепям (тросам). Использование надежно закрепленных якорных цепей в качестве направляющих обеспечивает безаварийность процесса подъема полезного ископаемого.

- Бункер снабжен дозатором и устройством для загрузки ковшей в виде горизонтально установленного барабана с направляющими для тяговых цепей и ковшей, а загрузочная часть барабана помещена в желобе дозатора.

Данное техническое решение обеспечивает автоматическую загрузку ковшей при перемещении их в желобе дозирующего устройства бункера. Посредством дозирующего устройства в желобе поддерживается определенный уровень заполнения полезным ископаемым под действием собственного веса. Горизонтально вращающийся барабан обеспечивает принудительное погружение ковшей в желобе и заполнение до определенного заданного уровня. Бункер с дозатором позволяет вести независимую автоматическую работу по сбору полезного ископаемого с морского дна скреперной установкой и подъем со дна моря многоковшовым рудоподъемным устройством, что обеспечивает высокую производительность комплекса.

- Агрегат для сбора полезного ископаемого снабжен дополнительным самоходным шасси с бульдозером-рыхлителем, а для спуска-подъема дополнительного шасси плавучее судно снабжено дополнительной грузоподъемной лебедкой, размещенной на носовой части судна, с якорной цепью, заканчивающейся клетью для размещения дополнительного самоходного шасси, а клеть выполнена с якорями для фиксации на морском дне.

Данное техническое решение позволяет снижать потери полезного ископаемого на морском дне за счет зачистки отработанной поверхности бульдозированием. Кроме того, дополнительное самоходное шасси снабжается механизмом для рыхления слежавшегося полезного ископаемого, что также уменьшит потери. Использование бульдозирования и рыхления при подготовке россыпи увеличит производительность скреперной установки.

Для спуска дополнительного самоходного шасси судно снабжено дополнительной грузоподъемной лебедкой, оборудованной якорной цепью, заканчивающейся клетью с якорями, что позволит сократить время на проведение вспомогательных операций и увеличить производительность всего комплекса для подводной добычи. Расположение дополнительной грузоподъемной лебедки в носовой части судна увеличивает надежность для фиксации комплекса над разрабатываемой лентой россыпи, что также снижает потери и увеличивает производительность комплекса.

- Ходовая часть самоходного шасси выполнена двумя параллельно расположенными цилиндрическими шнековыми опорами-движителями с индивидуальными приводами.

Данное техническое решение упрощает конструкцию самоходного шасси, повышает надежность работы и позволяет улучшить эксплуатационные качества. Шнековые навивки на цилиндрическую поверхность опоры обеспечивают надежное сцепление с донным грунтом и хорошие ходовые качества под углом до 20^o к горизонту. Одна цилиндрическая опора имеет правую шнековую навивку, вторая - левую и каждая опора снабжена индивидуальным, например гидравлическим, приводом. Это обеспечивает хорошую маневренность. Шасси может разворачиваться на месте вокруг своей оси. Опорные цилиндрические поверхности обладают большой площадью, что позволяет перемещаться по донному грунту при малом удельном давлении (по рыхлым отложениям).

Сущность предлагаемого технического решения - комплекс для подводной добычи полезных ископаемых - включает плавучее базовое судно, агрегат для сбора полезного ископаемого на морском дне выполнен скреперной установкой, привод которой смонтирован на платформе с возможностью поворота в горизонтальной плоскости над бункером перегрузки полезного ископаемого, а рабочий блок скреперной установки смонтирован на самоходном шасси с дистанционным управлением.

Бункер для перегрузки полезного ископаемого выполнен на раме с якорями для фиксации на морском дне, а рама связана с грузоподъемными лебедками плавучего базового судна якорными цепями (тросами). Якорные цепи используют в качестве направляющих для перемещения рудоподъемных средств, смонтированных на тяговых цепях. Бункер снабжен дозатором и устройством для загрузки ковшей в виде горизонтально установленного барабана с направляющими для ковшей, а загрузочная часть барабана размещена в желобе дозатора.

Кроме того, агрегат для сбора полезных ископаемых снабжен дополнительным самоходным шасси с бульдозерным устройством, а для спуска бульдозерной установки базовое судно снабжено дополнительной грузоподъемной лебедкой с якорной цепью. На конце якорной цепи подвешена клеть с якорями для фиксации на морском дне. Клеть предназначается для спуска дополнительного самоходного бульдозерного шасси.

Ходовая часть самоходного шасси может быть выполнена двумя параллельно расположенными цилиндрическими шнековыми опорами-движителями с индивидуальными приводами.

Пример выполнения комплекса для подводной добычи полезных ископаемых показан на фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8.

Где на фиг. 1 - принципиальная схема комплекса для подводной добычи полезных ископаемых - проекция на вертикальную плоскость,

фиг. 2 - то же, на морском дне,

фиг. 3 - узел перегрузки полезного ископаемого со скреперной установки в многоковшовую установку для подъема на поверхность - проекция на вертикальную плоскость,

фиг. 4 - то же, сечение I-I (фиг. 3),

фиг. 5 - пример использования дополнительного самоходного шасси, образованного бульдозерной установкой для разработки слежавшихся донных отложений бульдозированием и доставкой скреперной установкой,

фиг. 6 - самоходное шасси с рабочим блоком скреперной установки, ходовая часть которой выполнена двумя параллельно расположенными цилиндрическими шнековыми опорами-движителями - проекция на вертикальную плоскость,

фиг. 7 - то же в плане,

фиг. 8 - дополнительное самоходное шасси, оборудованное бульдозерным устройством.

Пример выполнения комплекса для подводной добычи полезных ископаемых.

Комплекс состоит из плавучего базового судна 1 с грузоподъемными лебедками 2 (фиг. 1) с якорными цепями 3 (тросами), которые закреплены на раме 4, снабженной якорями 5 для фиксации на морском дне. На раме 4 смонтирован бункер 6 (фиг. 1, 2, 3 и 4) для перегрузки полезного ископаемого. Бункер 6 снабжен дозирующим устройством в виде дистанционного управляемого шибера 7, посредством которого регулируется толщина 8 полезного ископаемого, поступающего в дозировочный желоб 9. Агрегат для сбора полезного ископаемого на морском дне выполнен скреперной установкой, состоящей из привода с грузовым и холостым барабанами 10 скрепера 11, грузового и холостого канатов 12 и рабочего блока 13. Привод, грузовой и хвостовой барабаны 10 скреперной установки смонтированы на платформе 14 с возможностью, благодаря шарнирам 15, поворачиваться в горизонтальной плоскости на угол 150-200^o. Для поворота платформы 14 может быть использован храповой механизм с дистанционным управлением (храповой механизм не показан). Платформа 14 крепления привода скреперной установки смонтированы над бункером 6. Рабочий блок 13 смонтирован на самоходном шасси 16 с дистанционным управлением. Посредством самоходного шасси 16 рабочий блок может перемещаться и фиксироваться на любой точке отрабатываемой ленты 17. Отработку ленты 17 производят поворотом платформы 14 с приводом скреперной установки и перемещением рабочего блока 13 посредством самоходного шасси 16, по запроектированной технологии, например, в радиальном вращающемся забое.

В качестве рудоподъемного средства используют многоковшовую установку с тяговыми бесконечными цепями 18 с закрепленными на них ковшами 19. Ковши 19 перемещаются по якорным цепям 3 (фиг. 4), используя их в качестве направляющих. Для загрузки ковшей 19 в дозировочном желобе 9 горизонтально на оси рамы 4 смонтирован барабан 20 с направляющими для тяговых бесконечных цепей 18 и ковшей 19. Барабан 20 может быть снабжен приводом для более эффективной загрузки ковшей.

Разгрузку ковшей 19 на базовом судне производят известными устройствами и механизмами. Для снижения потерь полезного ископаемого и увеличения производительности комплекс может быть снабжен дополнительной грузоподъемной лебедкой 21, смонтированной на носовой части судна, для спуска и подъема клети 22 с дополнительным самоходным шасси 23, оборудованным бульдозерным ножом 24 и рыхлителем 25. Клеть 22 снабжена якорями 26 для фиксации на морском дне.

Посредством дополнительного самоходного шасси, оборудованного бульдозерным ножом и рыхлителем (бульдозерная установка) производят зачистку дна ленты после выемки полезного ископаемого скреперной установкой (фиг. 2). При разработке слежавшихся донных отложений посредством бульдозерной установки производят добычу полезного ископаемого (бульдозерное рыхление) и доставку до скреперной дорожки (фиг. 5). Добытое бульдозером полезное ископаемое транспортируется скреперной установкой в бункер 6 для подъема на базовое судно. Ходовая часть самоходного шасси для перемещения рабочего блока (фиг. 6, 7) и бульдозеров установки (фиг. 8) может быть выполнена двумя опорно-цилиндрическими шнековыми движителями 27, 28, один из них левой шнековой навивкой, а другой - с правой. Каждый цилиндрический шнековой движитель снабжен индивидуальным приводом, обеспечивающим левое и правое независимое вращение цилиндрической шнековой опоры.

На раме 29 самоходного шасси смонтировано оборудование для приема электроэнергии, преобразователи в гидравлическую энергию, приема командопередающего кабеля, пульта управления, телевизионной камеры и системы освещения. Управление движением самоходного шасси и рабочими механизмами добывающего агрегата осуществляется дистанционно с борта судна известными приемами и устройствами.

Комплекс для подводной добычи полезных ископаемых работает следующим образом.

На базовом судне 1 производят сборку скреперной установки и рудоподъемного устройства разработанной технологии таким образом, чтобы после спуска рамы 4 на морское дно по возможности исключить применение водолазных работ.

Производят спуск рамы 4 на морское дно посредством грузоподъемной лебедки 2 на якорных цепях (тросах) 3.

Одновременно со спуском рамы 4 натягивают тяговые цепи 16, устанавливают ковши 19. Посредством якорей 5 раму 4 закрепляют на морском дне, выбирают слабину якорного троса 3 (якорной цепи). Используя дистанционное управление самоходного шасси 16, устанавливают рабочий блок 13 скреперной установки в заданной (по технологии отработки месторождения) точке, используя при этом телеаппаратуру, размещенную на самоходном шасси и на платформе 14 (крепления привода скреперной установки). Добычу полезного ископаемого ведут скреперованием с дистанционным управлением скреперной установкой с судна возвратно-поступательным перемещением скрепера 1 посредством тягового и холостого тросов 12. Собранная скрепером 11 полезное ископаемое поступает в бункер 6 и слоем 8 поступает в дозировочный желоб 9. При вращении барабана 20, в направляющих которого перемещаются ковши 19, производится их заполнение полезным ископаемым. Степень наполнения ковшей 19 регулируется толщиной слоя полезного ископаемого 8 посредством шибера 7 с дистанционным управлением.

Для облегчения загрузки ковшей включают привод барабана 20, обеспечивающий синхронное вращение со скоростью перемещения тяговых цепей 18.

Разгрузку ковшей 19 на судне 1 ведут известными механизмами и технологиями. Управление процессом скреперования и подъема полезного ископаемого ведется дистанционно с судна, используя телевизионную аппаратуру на всех технологических процессах.

Для облегчения видимости при искусственном освещении отработку лент ведут с учетом течений воды, чтобы поднятый ил не мешал за наблюдением работ механизмов. При необходимости создают локальные искусственные течения около узлов, требующих постепенного наблюдения за процессом.

По мере выемки полезного ископаемого по трассе работы скрепера 11 меняют траектории поворотом платформы 14 на оси 15 и перемещением рабочего блока 13 посредством движения самоходного шасси 16 по окружности (фиг. 2).

Для снижения потерь полезного ископаемого и увеличения производительности комплекс снабжается дополнительным самоходным шасси 23 с бульдозером-ножом 24 и рыхлителем 25 (фиг. 8).

Спуск дополнительного шасси с бульдозером-рыхлителем ведут в клети 22 в готовом виде для эксплуатации на дне моря. Управление работой бульдозерного шасси ведут дистанционного с борта судна. Посредством бульдозерного шасси 23 ведут зачистку отработанного пространства, выравнивание поверхности и другие вспомогательные процессы, например удаление крупных кусков породы. Кроме того, при разработке месторождения со слежавшимися донными отложениями, когда скреперование не эффективно, добычу полезного ископаемого ведут с предварительным разрыхлением бульдозером (фиг. 5). Посредством дополнительного бульдозерного шасси 23 ведут разрыхление донных отложений рыхлителем и ножом бульдозера. Разрыхленное полезное ископаемое доставляют на скреперную дорожку, а затем скреперной установкой в бункер 6 для выдачи на дневную поверхность.